Estudo dos fenômenos de transporte em cromatografia através da aplicação de modelos de rede e estocásticos

O estudo dos diferentes fenômenos de separação tem sido cada vez mais importante para os diferentes ramos da indústria e ciência. Devido à grande capacidade computacional atual, é possível modelar e analisar os fenômenos cromatográficos a nível microscópico. Os modelos de rede vêm sendo cada vez mais utilizados, para representar processos de separação por cromatografia, pois através destes pode-se representar os aspectos topológicos e morfológicos dos diferentes materiais adsorventes disponíveis no mercado. Neste trabalho visamos o desenvolvimento de um modelo de rede tridimensional para representação de uma coluna cromatográfica, a nível microscópico, onde serão modelados os fenômenos de adsorção, dessorção e dispersão axial através de um método estocástico. Também foram utilizadas diferentes abordagens com relação ao impedimento estérico Os resultados obtidos foram comparados a resultados experimentais. Depois é utilizado um modelo de rede bidimensional para representar um sistema de adsorção do tipo batelada, mantendo-se a modelagem dos fenômenos de adsorção e dessorção, e comparados a sistemas reais posteriormente. Em ambos os sistemas modelados foram analisada as constantes de equilíbrio, parâmetro fundamental nos sistemas de adsorção, e por fim foram obtidas e analisadas isotermas de adsorção. Foi possível concluir que, para os modelos de rede, os fenômenos de adsorção e dessorção bastam para obter perfis de saída similares aos vistos experimentalmente, e que o fenômeno da dispersão axial influência menos que os fenômenos cinéticos em questão

Estudo da quantificação de incertezas para o problema de contaminação de meios porosos heterogêneos

As técnicas de injeção de traçadores têm sido amplamente utilizadas na investigação de escoamentos em meios porosos, principalmente em problemas envolvendo a simulação numérica de escoamentos miscíveis em reservatórios de petróleo e o transporte de contaminantes em aquíferos. Reservatórios subterrâneos são em geral heterogêneos e podem apresentar variações significativas das suas propriedades em várias escalas de comprimento. Estas variações espaciais são incorporadas às equações que governam o escoamento no interior do meio poroso por meio de campos aleatórios. Estes campos podem prover uma descrição das heterogeneidades da formação subterrânea nos casos onde o conhecimento geológico não fornece o detalhamento necessário para a predição determinística do escoamento através do meio poroso. Nesta tese é empregado um modelo lognormal para o campo de permeabilidades a fim de reproduzir-se a distribuição de permeabilidades do meio real, e a geração numérica destes campos aleatórios é feita pelo método da Soma Sucessiva de Campos Gaussianos Independentes (SSCGI). O objetivo principal deste trabalho é o estudo da quantificação de incertezas para o problema inverso do transporte de um traçador em um meio poroso heterogêneo empregando uma abordagem Bayesiana para a atualização dos campos de permeabilidades, baseada na medição dos valores da concentração espacial do traçador em tempos específicos. Um método do tipo Markov Chain Monte Carlo a dois estágios é utilizado na amostragem da distribuição de probabilidade a posteriori e a cadeia de Markov é construída a partir da reconstrução aleatória dos campos de permeabilidades. Na resolução do problema de pressão-velocidade que governa o escoamento empregase um método do tipo Elementos Finitos Mistos adequado para o cálculo acurado dos fluxos em campos de permeabilidades heterogêneos e uma abordagem Lagrangiana, o método Forward Integral Tracking (FIT), é utilizada na simulação numérica do problema do transporte do traçador. Resultados numéricos são obtidos e apresentados para um conjunto de realizações amostrais dos campos de permeabilidades.

Preparação de nanopartículas funcionalizadas do tipo casca-núcleo à base de poliestireno e poli(acrilato de butila) para processamento baroplástico

Copolímeros casca-núcleo de poli(acrilato de butila) (núcleo) e poliestireno (casca) foram sintetizados por meio de polimerização em emulsão, conduzida em duas etapas. A adição de ácido itacônico como monômero funcional na polimerização do núcleo foi realizada para verificar seu efeito sobre suas propriedades mecânicas e de processamento. Os copolímeros foram caracterizados por espalhamento dinâmico de luz (DLS), microscopia eletrônica de transmissão (MET), cromatografia de exclusão por tamanho (SEC), espectrometria na região do infravermelho (FTIR) e calorimetria diferencial por varredura (DSC). A incorporação do monômero funcional foi confirmada por DSC e quantificada por titulação. A proporção de poli(acrilato de butila) e poliestireno influenciou diretamente o processamento e as propriedades mecânicas do polímero. Os copolímeros com teores de poliestireno acima de 50% foram processados por compressão e extrusão a temperatura ambiente, apresentando comportamento baroplástico. A presença do monômero funcional não alterou o processamento do polímero e melhorou significativamente sua resistência à tração, aumentando sua tenacidade

Disfunções endócrinas no modelo de programação pela exposição à fumaça de cigarro na lactação

Eventos ou estímulos no início da vida podem afetar o desenvolvimento do indivíduo; dentre esses o tabagismo materno. A exposição materna isolada à nicotina, principal componente do cigarro, causa na prole alterações metabólicas, em curto e longo prazo, como aumento da adiposidade, resistência à leptina, e disfunção tireoideana e adrenal. Entretanto é sabido que na fumaça de cigarro estão presentes outros componentes com potenciais efeitos tóxicos. Assim propomos comparar o efeito de duas formas de exposição neonatal à fumaça do cigarro sobre o perfil endócrino-metabólico da prole em curto e longo prazo. Para isso, no 3 dia após o nascimento, ratos lactentes foram submetidos a dois modelos: Modelo I (exposição pelo leite materno), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) lactantes expostas à fumaça de cigarros 2R1F (1,7 mg de nicotina/cigarro por 1h, 4 vezes ao dia), separadas de suas proles e grupo controle (C; n=8), onde as mães foram separadas de suas proles e expostas ao ar filtrado; Modelo II (exposição direta à fumaça), ninhadas separadas em: exposição à fumaça (EF; n=8) mães e proles expostas à fumaça de cigarros 2R1F e controle (C; n=8) mães e proles expostas ao ar filtrado. A exposição ao tabaco ocorreu até o desmame. Mães sacrificadas aos desmame e proles aos desmame e aos 180 dias de idade. As mães lactantes expostas à fumaça (EF) apresentaram hipoleptinemia (-46%), hiperprolactinemia (+50%), hipoinsulinemia (-40%) e diminuição de triglicérides (-53%). Quanto a composição bioquímica do leite, as lactantes EF mostraram aumento de lactose (+52%) e triglicérides (+78%). No modelo I, as proles EF apresentaram ao desmame: diminuição da gordura corporal total (-24%), aumento de proteína corporal total (+17%), diminuição da glicemia (-11%), hiperinsulinemia (+28%), hipocorticosteronemia (-40%) e aumento de triglicérides (+34%). Quando adultas, as proles EF apresentaram somente alteração da função adrenal onde observou-se menor conteúdo de catecolaminas (-50%) e da expressão de tirosina hidroxilase na medula adrenal (-56%). No modelo II, as proles EF aos 21 dias exibiram diminuição da MC (-7%), do comprimento nasoanal (-5%), da gordura retroperitoneal (-59%), da área dos adipócitos viscerais (-60%) com maior área dos adipócitos subcutâneos (+95%), aumento do T4 (+59), da corticosterona (+60%), do conteúdo adrenal de catecolaminas (+58%) e hipoinsulinemia (-29%). Aos 180 dias, as proles EF apresentaram aumento da ingestão alimentar (+10%), dos depósitos de gordura visceral (~60%) e conteúdo de gordura corporal total (+50%), menor área dos adipócitos subcutâneos (-24%), aumento da leptina (+85%), glicemia (+11%), adiponectina (+1.4x), T3 (+71%), T4 (+57%) e TSH (+36,5%) com menor corticosterona (-41%) e catecolaminas adrenais (-57%) e aumento dos triglicerídeos (+65%). Somados nossos dados evidenciam o impacto negativo que a exposição à fumaça do cigarro tem sobre o desenvolvimento do neonato com o surgimento de desordens endócrinas futuras, que ocorrem pelo menos em parte devido às alterações observadas nas mães. Portanto, independente da forma de exposição, seja via aleitamento materno ou por inalação direta, é de grande importância alertar a sociedade sobre as possíveis complicações metabólicas em longo prazo decorrente da exposição involuntária do neonato ao tabagismo.

Comparação entre dois métodos de cirurgia de modelos utilizados para cirurgia ortognática com seqüência invertida

Cirurgias ortognáticas bimaxilares representam um desafio para os cirurgiões, especialmente para reproduzir o plano de tratamento na sala operatória. O uso de guias cirúrgicos permite uma melhor reprodução do planejamento, mas, para isto, uma técnica precisa de cirurgia de modelos é essencial. O objetivo deste estudo é comparar a precisão do reposicionamento mandibular obtido com dois diferentes métodos de cirurgia de modelos utilizados para o planejamento de cirurgias bimaxilares com a seqüência cirúrgica invertida. Neste estudo, um crânio de resina foi utilizado para simular um paciente. As moldagens foram tomadas e os modelos foram vazados e montados em um articulador semi-ajustável por meio da transferência do arco-facial e do registro de mordida em cera. Traçados de previsão de 10 planos de tratamento diferentes foram feitos no software Dolphin Imaging e, então, reproduzidos com o método padrão (CM I) e método modificado (CM II) de cirurgia de modelos (T1). Para aprimorar a avaliação do reposicionamento mandibular, as cirurgias de modelo foram repetidas após um mês (T2). Os modelos mandibulares foram medidos na Plataforma de Erickson antes e depois do reposicionamento para contrastar os resultados. As diferenças no tempo de reposicionamento também foram registradas. Estatística descritiva e teste t foram usados para análisar os dados e comparar os resultados. Este estudo sugere que o reposicionamento vertical e látero-lateral dos modelos mandibulares foram semelhantes com ambos os métodos, entretanto, houve uma maior imprecisão no sentido ântero-posterior quando o método padrão de cirurgia modelos foi utilizado para o planejamento de cirurgias ortognáticas com a seqüência invertida. O tempo necessário para reposicionar o modelo mandibular no articulador semi-ajustável com a abordagem modificada (CM II) foi significativamente menor do que para reposicionar o modelo maxilar na Plataforma de Erickson (CM I).

Comparação tridimensional dos efeitos dentários de duas mecânicas para fechamento de espaço: estudo preliminar

As más oclusões de Classe I com biprotrusão dentária são caracterizadas pela projeção dos incisivos superiores e inferiores e podem ser corrigidas com extrações de primeiros pré-molares, permitindo reposicionar os incisivos, usando como ancoragem os dentes posteriores. Esse trabalho teve como objetivo comparar, por meio de superposição de modelos tridimensionais, a movimentação de molares e de incisivos com duas técnicas para fechamento de espaços. Foram selecionados, tomografados (T0) e distribuídos, aleatoriamente em dois grupos, seis pacientes com indicação de exodontia de quatro primeiros pré-molares. No grupo 1 (n=3) foi feito o fechamento dos espaços das extrações em uma única etapa (fechamento em massa) e no grupo 2 (n=3), em duas etapas (distalização de caninos seguida da retração de incisivos). Após o completo fechamento dos espaços foi solicitada nova tomografia (T1). Os modelos tridimensionais em T0 e T1 para os dois grupos foram superpostos para descrever e quantificar a movimentação ocorrida nos primeiros molares. A retração de incisivos foi avaliada de maneira bidimensional. Os molares superiores e inferiores do grupo 1 sofreram movimentação mesial de translação, enquanto os do grupo 2, apresentaram deslocamento de coroa maior do que de ápice radicular, demonstrando movimento de inclinação mesial de coroa. Ao se comparar o movimento mesial dos molares entre os dois grupos, observou-se que no grupo 1 houve maior movimentação mesial da raiz mésio-vestibular dos molares superiores (p=0,009). No entanto, em ambos os grupos os molares superiores giraram sobre a raiz palatina. No arco inferior verificou-se maior movimento mesial de coroa para o grupo 2 (p=0,015). A análise da movimentação dos incisivos apresentou variações semelhantes para as medidas lineares e angulares dos incisivos superiores nos dois grupos. Já, para as medidas angulares dos incisivos inferiores, observou-se que o grupo 1 apresentou menor controle de torque. O tempo de tratamento de todos os pacientes da amostra foi superior a 30 meses, exceto um paciente que apresentou tempo de tratamento inferior a 24 meses. Pôde-se concluir que a perda de ancoragem ocorreu por movimento de translação no fechamento de espaços em massa, e por inclinação mesial no fechamento de espaços em duas etapas, para ambos os arcos. Parece haver maior movimentação mesial radicular nos molares superiores no fechamento em massa e maior movimento mesial de coroa dos molares inferiores para o fechamento em duas etapas. Sugere-se que não há diferença na retração dos incisivos superiores e maior retroinclinação dos incisivos inferiores no fechamento de espaços em duas etapas.

Efeitos da exposição à nicotina e à fumaça de cigarro durante a lactação sobre o sistema de recompensa cerebral em ratos

Crianças de mães fumantes são mais suscetíveis a se tornarem adultos obesos e se viciarem em drogas ou alimentos palatáveis. Drogas e alimentos ativam a via mesolímbica de recompensa, causando sensação de prazer que induz ainda mais o consumo. Assim, avaliamos a relação entre a exposição apenas à nicotina ou à fumaça do cigarro durante a lactação com a preferência alimentar e sistema dopaminérgico de recompensa cerebral das proles, em dois modelos de programação: Modelo I: no 2o dia pós-natal (PN), lactantes receberam implante de minibombas osmóticas que liberam nicotina (NIC) ou salina (C), durante 14 dias. Em PN150 e novamente em PN160, as proles foram divididas em 4 grupos para um desafio alimentar: N-SC e C-SC que receberam ração padrão; N-SSD e C-SSD que podiam escolher livremente entre as dietas hiperlipídica e hiperglicídica. A ingestão alimentar foi avaliada após 12 h. As mães foram sacrificadas apenas na 21 da lactação (desmame) e as proles em PN15 (com nicotina), PN21 e PN170 (ausência da NIC). Ao desmame, as ratas lactantes NIC apresentaram menor conteúdo de tirosina hidroxilase (TH), maior OBRb e SOCS3 na area tegmentar ventral (VTA); menor TH, maior receptor de dopamina 1 (D1R), receptor de dopamina 2 (D2R) e transportador de dopamina (DAT) no núcleo accumbens (NAc); maior conteúdo de TH no estriado dorsal (DS); e maior D2R e SOCS3 no núcleo arqueado (ARC). Em PN15, os filhotes NIC apresentaram maior conteúdo de D1R, D2R e menor DAT no NAc, enquanto em PN21, apresentaram apenas menor DAT no DS, e menor conteúdo de pSTAT3 em ARC. Aos 170 dias, as proles SSD demonstraram maior preferência para a ração hiperlipídica. No entanto, os animais N-SSD consumiram mais ração hiperglicidica do que as proles C-SSD. A prole N apresentou menor conteúdo de D2R e DAT no NAc e menor D2R no ARC. Modelo II: as mães e suas proles foram divididas em: expostos à fumaça do cigarro (grupo S: 4 vezes / dia, do 3 ao 21 dia de lactação), e expostos ao ar filtrado (grupo C). Em PN175, as proles foram divididas em 4 grupos para o desafio alimentar S-SC, C-SC, S-SSD e C-SSD. A ingestão alimentar foi avaliada após 30 min e 12 h. Em PN180, as proles foram sacrificadas. O grupo S-SSD ingeriu mais das rações palatáveis do que o grupo C-SSD em 30 min e 12 h. Ambos os grupos preferiram a ração hiperlipídica. No entanto, os animais S-SSD consumiram mais ração hiperlipídica do que C-SSD em 30 min. A prole S apresentou menor conteúdo de TH no VTA, menor conteúdo de TH, D2R e maior conteúdo de D1R no NAc e menor OBRb no ARC. Demonstramos que tanto a nicotina isolada como a exposição à fumaça do cigarro durante a lactação resultaram em mudanças no sistema dopaminérgico das proles, programando o comportamento alimentar devido à diminuição da dopamina no NAc.

Condições de contorno tipo albedo para cálculos globais de reatores nucleares com o modelo de dois grupos de energia na formulação de transporte SN em geometria bidimensional cartesiana

Os eventos de fissão nuclear, resultados da interação dos nêutrons com os núcleos dos átomos do meio hospedeiro multiplicativo, não estão presentes em algumas regiões dos reatores nucleares, e.g., moderador, refletor, e meios estruturais. Nesses domínios espaciais não há geração de potência nuclear térmica e, além disso, comprometem a eficiência computacional dos cálculos globais de reatores nucleares. Propomos nesta tese uma estratégia visando a aumentar a eficiência computacional dessas simulações eliminando os cálculos numéricos explícitos no interior das regiões não-multiplicativas (baffle e refletor) em torno do núcleo ativo. Apresentamos algumas modelagens e discutimos a eficiência da aplicação dessas condições de contorno aproximadas tipo albedo para uma e duas regiões nãomultiplicativas, na formulação de ordenadas discretas (SN) para problemas de autovalor a dois grupos de energia em geometria bidimensional cartesiana. A denominação Albedo, palavra de origem latina para alvura, foi originalmente definida como a fração da luz incidente que é refletida difusamente por uma superfície. Esta denominação latina permaneceu como o termo científico usual em astronomia e, nesta tese, este conceito é estendido para reflexão de nêutrons. Estas condições de contorno tipo albedo SN não-convencional substituem aproximadamente as regiões de baffle e refletor no em torno do núcleo ativo do reator, desprezando os termos de fuga transversal no interior dessas regiões. Se o problema, em particular, não possui termos de fuga transversal, i.e., trata-se de um problema unidimensional, então as condições de contorno albedo, como propostas nesta tese, são exatas. Por eficiência computacional entende-se a análise da precisão dos resultados numéricos em comparação com o tempo de execução computacional de cada simulação de um dado problema-modelo. Resultados numéricos considerando dois problemas-modelo com de simetria são considerados para ilustrar esta análise de eficiência.